Спосіб виготовлення акумуляторних струмовідводів

Реферат: Винахід належить до електротехнічної промисловості, а саме до виробництва свинцевокислотних акумуляторів і акумуляторних батарей, як індустріальних (тягових, стаціонарних), так і стартерних. Спосіб виготовлення акумуляторних струмовідводів зі свинцевих сплавів, полягає UA 113075 C2 (12) UA 113075 C2 у відливанні акумуляторних струмовідводів зі свинцевого сплаву й одержанні струмовідводів ґратчастих конструкцій для намазних пластин, на які електрохімічним методом наносять свинець із розрахунку осадження плівки свинцю товщиною в декілька мкм. При цьому використовують водний електроліт, що містить Pb(BF4)2 - 200 г/л, HBF4 - 35 г/л, клей столярний 1 г/л Слідом за нанесенням плівки свинцю на струмовідводи електрохімічним методом з використанням такого ж електроліту, що додатково містить Sn(BF4)2 - 2,8-5,6 г/л наносять свинцевий сплав, з розрахунку осадження плівки цього сплаву товщиною 0,5-1,0 мкм. Технічним результатом винаходу є продовження терміну служби акумуляторів в умовах глибоких розрядів. UA 113075 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Винахід належить до електротехнічної промисловості, а саме до виробництва свинцевокислотних акумуляторів і акумуляторних батарей. Відомий спосіб виготовлення акумуляторних струмовідводів зі свинцевих сплавів, відповідно до якого акумуляторні струмовідводи відливають зі свинцевого сплаву та одержують струмовідводи ґратчастих конструкцій для намазних пластин і струмовідводи гребінчастих конструкцій для панцирних пластин. Струмовідводи і пластини використовують для виробництва індустріальних і стартерних свинцево-кислотних акумуляторів [Багоцкий B.C. Химические источники тока /В.С. Багоцкий, А.М. Скундин - М.: Энергоиздат, 1981. - 360 с., С. 179-180]. Основним недоліком струмовідводів зі свинцево-сурм'янистого сплаву є низька корозійна стійкість і низька механічна міцність, а також високий рівень газовиділення при експлуатації. Основним недоліком струмовідводів зі свинцево-кальцієвого сплаву є недостатня корозійна стійкість і низька механічна міцність, а також швидка пасивація позитивних електродів при глибоких розрядах. Як прототип ми вибрали спосіб виготовлення акумуляторних струмовідводів зі свинцевих сплавів, відповідно до якого акумуляторні струмовідводи відливають зі свинцевого сплаву та одержують струмовідводи ґратчастих конструкцій для намазних пластин, на які електрохімічним методом наносять свинець із розрахунку осадження плівки свинцю товщиною в трохи мкм. Отримані струмовідводи призначені для намазних пластин для виробництва індустріальних і стартерних свинцево-кислотних акумуляторів [Костыря М.В. Исследование коррозионной стойкости решеток свинцово-кислотного аккумулятора с композиционным покрытием /М.В. Костыря. Вопросы химии и химической технологии, 2012. - № 3. - С. 160-162]. У способі2 прототипі застосовують свинцеві аноди і густину струму осадження 2 А/дм , водний електроліт свинцювання наступного складу Pb(BF4)2 - 200 г/л, HBF4 - 35 г/л, клею столярного - 1 г/л. Час осадження свинцю підбирають, виходячи з необхідної товщини плівки свинцю, наприклад, для одержання плівки товщиною в 4 мкм необхідно процесу осадження протягом 3,5 хв. Переваги способу-прототипу: - можливість одержувати композиційні покриття певної сполуки шляхом добавок до електроліту або шляхом використання легованого добавками анода; - одержання корозійно-стійкого шару на поверхні струмовідводів, що повинне збільшити термін служби в умовах перезарядів і підвищених температур; - одержання однорідної структури поверхні струмовідводів за рахунок згладжування мікротріщин, задирів, гострих країв, що повинне підвищувати корозійну стійкість і механічну міцність. Недоліки способу-прототипу Акумуляторні струмовідводи з осадженим шаром свинцю проявляють схильність до швидкої пасивації в складі позитивних електродних пластин при роботі в умовах глибоких розрядів. Тобто у процесі роботи утворюється діелектричний шар сульфату свинцю між струмовідводами і позитивною активною масою, який виводить акумулятори з ладу. Нами вирішувалась задача вдосконалення способу виготовлення акумуляторних струмовідводів зі свинцевих сплавів з метою продовження терміну служби акумуляторів в умовах глибоких розрядів. Поставлена задача вирішується тим, що в способі виготовлення акумуляторних струмовідводів зі свинцевих сплавів, відповідно до якого акумуляторні струмовідводи відливають зі свинцевого сплаву та одержують струмовідводи ґратчастих конструкцій для намазних пластин, на які електрохімічним методом наносять свинець із розрахунку осадження плівки свинцю товщиною в декілька мкм, відповідно до винаходу, слідом за нанесенням плівки свинцю на струмовідводи електрохімічним методом наносять свинцево-олов'яний сплав, який містить 2-4 мас. % олова, з розрахунку осадження плівки цього сплаву товщиною 0,5-1,0 мкм. Розкриємо суть винаходу. Зовнішня плівка свинцево-олов'яного сплаву товщиною не менше 0,5 мкм при вмісті олова в сплаві не менше 2 мас. % запобігає пасивації позитивних електродів при глибоких розрядах. Це досягається створенням струмопровідних "містків" окису олова між струмовідводами і позитивною активною масою. Струмопровідні "містки" окису олова не дають діелектричному шару сульфату свинцю (між струмовідводами й позитивною активною масою) розростатися й пасивувати позитивні електроди. При меншому вмісті олова в сплаві або меншій товщині плівки сплаву не виникає сприятливих умов для створення струмопровідних "містків" окису олова. Збільшувати товщину плівки свинцево-олов'яного сплаву понад 1,0 мкм, а також збільшувати вміст олова в сплаві понад 4 мас. % недоцільно, оскільки не приводить до посилення антипасиваційного ефекту. Але таке збільшення товщини плівки або вмісту олова в 1 UA 113075 C2 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 сплаві веде до невиправданого подорожчання струмовідводів, оскільки олово значно дорожче свинцю. Запропоноване технічне рішення може бути використане на підприємстві з виробництва свинцево-кислотних акумуляторів і акумуляторних батарей як індустріальних (тягових, стаціонарних), так і стартерних. Працюючих в умовах глибоких розрядів. На фіг. 1 схематично зображений переріз жилки струмовідводу після нанесення плівок покриття. На фіг. 2 схематично показана ванна для електрохімічного нанесення плівок покриття. Фіг. 1 демонструє розташування шарів матеріалу в перерізі жилки струмовідводу. Усередині розташована свинцево-сурм'яниста або свинцево-кальцієва основа - частина, отримана виливком за відомою технологією, зазначеної в прототипі або аналогу (метод гравітаційного лиття). Наступний шар - покриття із чистого свинцю, нанесене електрохімічним методом за технологією, зазначеної в прототипі. Зовнішній шар - покриття, нанесене електрохімічним методом за технологією, зазначеної в цьому винаході. Фіг. 2 демонструє ванну для електрохімічного нанесення плівок покриття: усередині ванни 1 перебуває електроліт 2, аноди зі свинцю 3 і катод 4 - струмовідвід, на який необхідно нанести шари заданого покриття. Аноди повинні із двох сторін оточувати катод, щоб забезпечити рівномірне нанесення покриття. Спосіб реалізують таким чином. Збирають ванну для електрохімічного нанесення покриття, як зазначено на фіг. 2. Готовлять водний електроліт свинцювання наступної сполуки: Pb(BF4)2 200 г/л, HBF4 - 35 г/л, клей столярний - 1 г/л. Цей електроліт використовують для нанесення шару чистого свинцю на струмовідвід. Заливають електроліт свинцювання у ванну. Включають 2 струм, підбираючи густину струму осадження 2 А/дм (виходячи зі площі струмовідводу). Час осадження свинцю підбирають, виходячи з необхідної товщини плівки свинцю. Після нанесення першого покриття змінюють електроліт. Сполука другого електроліту відрізняється від сполуки першого додатковою добавкою до зазначеної вище сполуці, а саме, додають в електроліт Sn(BF4)2. Після цього електроліт перемішують механічною або магнітною мішалкою. Другий електроліт використовують для нанесення шару заданої сполуки. Заливають електроліт у ванну 2 і включають струм, підбираючи густину струму осадження 2 А/дм , підбираючи час осадження, виходячи з необхідної товщини плівки. Кількості добавок підібрані емпірично і залежать від здатності сполук Pb(BF4)2 і Sn(BF4)2 до +2 +2 +2 +2 дисоціації на іони Рb і Sn у даному електроліті, а також від рухливості іонів Рb і Sn в електричному полі в даному електроліті. Зокрема, для одержання осадженого матеріалу (свинцево-олов'яного сплаву), який містить 2-4 мас. % олова, в електроліт уводять Sn(BF4)2 2,8-5,6 г/л. Приведемо розрахунок часу осадження: τ=m/(γPbІBT), де τ (год.) - час осадження; m (г) - маса осадженої плівки; γPb (г/Агод.) - електрохімічний еквівалент свинцю, рівний 3,87; І (А) - струм осадження; ВT - вихід по струму електрохімічної реакції, рівний 0,98 для всіх перерахованих електролітів. У цьому випадку ми зневажаємо впливом на ВT додаткових добавок в електроліт свинцювання, уважаючи цей вплив незначним. Масу осадженої плівки розрахуємо в такий спосіб: m=dρS, 3 2 де d (см) - товщина обложеної плівки; ρ (г/см ) - густина осадженого матеріалу; S (см ) 2 площа струмовідводу, рівна 5,0 см. У нашім випадку густину осадженого матеріалу можна 3 вважати рівної густини свинцю, тобто ρ=11,34 г/см . Таким чином, одержуємо наступне вираження: τ=(dρS)/(γPbІBT). Наприклад, для одержання плівки свинцю товщиною в 4 мкм на струмовідводі при густині 2 струму осадження 2 А/дм необхідно 0,059 год. або 3,5 хв. осадження. А для одержання плівки свинцевого матеріалу товщиною 0,5-1,0 мкм необхідно 0,0074-0,0148 год. або 26-53 с часу осадження. Приклад 1. Литі ґратчасті струмовідводи зі свинцево-сурм'янистого сплаву (1,8 мас. % Sb, 0,05 мас. % 2 Se), із площею 5,0 см кожний, електрохімічним методом покрили плівкою свинцю (марки С0) протягом 3,5 хв. з використанням зазначеного електроліту свинцювання. Струмовідводи намазали свинцевою пастою, після чого отримані електродні пластини використовували для виготовлення тягових акумуляторів ємністю 200 Агод. у кількості 3 шт. Акумулятори піддали випробуванням - циклам заряд-розряд в умовах глибоких розрядів (розряд на 160 Агод. - 80 % ємності) при температурі електроліту 20-30 °C. 2 UA 113075 C2 5 10 15 У трьох акумуляторах відбулася відмова після 46-го, 50-го і 52-го циклу - у середньому після 49,3 циклів. Розкриття акумуляторів показало глибоку сульфатацію позитивних електродних пластин, яку можна виявити візуально. Приклад 2. Точно такі ж литі ґратчасті струмовідводи електрохімічним методом з використанням зазначеного електроліту свинцювання покрили плівкою свинцю (марки C0) протягом 3,5 хв, після чого цим же методом з використанням другого електроліту (для нанесення шару заданої сполуки) покрили плівкою свинцево-олов'яного сплаву, який містить 3 мас. % олова (в електроліт увели Sn(BF4)2 - 4,2 г/л), протягом 26 с. Струмовідводи намазали свинцевою пастою, після чого отримані електродні пластини використовували для виготовлення тягових акумуляторів ємністю 200 Агод. у кількості 3 шт. Акумулятори піддали випробуванням - циклам заряд-розряд при умовах, аналогічних прикладу 1. У трьох акумуляторах відбулася відмова після 75-го, 64-го і 72-го циклу - у середньому після 70,3 цикла. Розкриття акумуляторів показало сульфатацію позитивних електродних пластин, опливання позитивної активної маси. У цілому, наведені приклади показують, що при використанні нашого технічного рішення продовжується термін служби акумуляторних батарей, які працюють в умовах глибоких розрядів. 20 ФОРМУЛА ВИНАХОДУ 25 30 Спосіб виготовлення акумуляторних струмовідводів зі свинцевих сплавів, відповідно до якого акумуляторні струмовідводи відливають зі свинцевого сплаву та одержують струмовідводи ґратчастих конструкцій для намазних пластин, на які електрохімічним методом з використанням водного електроліту, що містить Pb(BF4)2 - 200 г/л, HBF4 - 35 г/л, клей столярний - 1 г/л, наносять свинець із розрахунку осадження плівки свинцю товщиною в декілька мкм, який відрізняється тим, що слідом за нанесенням плівки свинцю на струмовідводи електрохімічним методом з використанням такого ж водного електроліту, що додатково містить Sn(BF4)2 - 2,8-5,6 г/л наносять свинцевий сплав із розрахунку осадження плівки сплаву товщиною 0,5-1,0 мкм. 3 UA 113075 C2 Комп’ютерна верстка Л. Литвиненко Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Василя Липківського, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут інтелектуальної власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 4